Ученые из США выявили пять пар молекулярных взаимодействий, которые направляют «молодые» клетки-предшественники, чтобы они превращались в астроциты. Эти пары удалось подобрать с использованием специальной программы, которая проанализировала массив РНК-данных. Результаты опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
Процесс образования глии из предшественника – радиальной глии. Основной вопрос исследования – какие молекулярные сигналы запускают образование астроцитов? Credit: Anna J. Voss et al. / Nature Neuroscience 2023
Астроциты принадлежат к группе глиальных клеток, которые нужны нервной системе не меньше нейронов. Понимание пути их развития и молекулярных механизмов, регулирующих этот процесс, важно для нейронауки и практического здравоохранения. Обычно развитие клеток регулируется воздействием лигандов (биологически активных молекул) на рецепторы (их мишени).
Для выявления пар лиганд-рецептор исследователи из Медицинской школы Университета Эмори использовали программное обеспечение NicheNet, которое ранее было представлено в журнале Nature Methods. Эта программа использует алгоритм, который предсказывает связи лиганд-мишень между взаимодействующими клетками, объединяя данные об их экспрессии с предварительными знаниями о сетях передачи сигналов и регуляции генов.
Именно в эту программу исследователи загрузили данные single-cell секвенирования. Алгоритм обрабатывал данные, пытаясь соотнести молекулы (лиганды), выделяемые определенными клетками, с рецепторами на других клетках. В результате получилось выявить пары молекул и рецепторов, которые играют важную роль в формировании астроцитов.
Оказалось, что важнейшими факторами выступают пять сигнальных молекул: TGFβ2 (трансформирующий фактор роста 2), NLGN1 (нейролигин 1), TSLP (тимический стромальный лимфопоэтин), DKK1 (ингибитор сигнального пути Dickkopf WNT) и BMP4 (костный морфогенетический протеин 4). При этом лиганды действуют синергично: дифференциирующий эффект каждого по отдельности слабее, чем когда они работают «в команде». Кроме того, ученые обнаружили, что совместные эффекты этих сигнальных молекул частично совпадают с сигнальным путем mTORC1, что приводит к транскриптомным и морфологическим особенностям развития астроцитов.
Определение молекулярных механизмов, регулирующих развитие астроцитов, может привести к новым подходам в нейронаукe и неврологии, а также помочь разработать новые стратегии лечения неврологических расстройств. Это исследование можно считать важным шагом в понимании сложных процессов, происходящих в мозге, и их значимости. К тому же это исследование демонстрирует то, как вычислительные методы и математические модели могут помочь в исследованиях мозга.
Текст: Дарья Тюльганова
Identification of ligand–receptor pairs that drive human astrocyte development by Anna J. Voss et al. in Nature Neuroscience. Published July 2023.
